Elle naît Anne Frances Robbins le 6 juillet 1921 à New York. Elle est la fille de Kenneth Seymour Robbins et de l'actrice Edith Luckett. Quand elle a six ans, sa mère se remarie avec le neurochirurgien Loyal Davis qui l'adopte.
Elle rencontre Ronald Reagan en 1951 ; il est alors président du Screen Actors Guild (SAG). L'année suivante, ils se marient lors d'une cérémonie simple dans une petite église, dans la vallée de San Fernando de Los Angeles. Elle dira plus tard « ma vie a vraiment commencé quand j'ai épousé mon mari ».
Elle a eu deux enfants : une fille Patti Davis née le 21 octobre 1952, auteur à succès, et un garçon Ron Reagan né le 20 mai 1958. Nancy est également la belle-mère de Michael Reagan et de la défunte Maureen Reagan, les enfants du premier mariage de Ronald avec l'actrice
Jane Wyman.
Elle réside actuellement à Bel Air à Los Angeles où elle vécut avec son époux jusqu'au décès de celui-ci le 5 juin 2004 des suites de la maladie d'Alzheimer.
Elle a été brièvement hospitalisée en 2005 après avoir glissé et être tombée dans sa chambre d'hôtel à Londres, alors qu'elle s'y trouvait pour rendre visite à Margaret Thatcher et au prince Charles.
Le 2 janvier 2007, elle assiste aux funérailles de Gerald Ford qui avait assisté à celles de son époux
Ronald Reagan décédé en 2004. Le 3 mai, elle est présente aux côtés du gouverneur de Californie
Arnold Schwarzenegger à un meeting réunissant les candidats à la candidature républicaine pour la présidentielle de 2008.